Способ импульсной дуговой сварки в среде защитных газов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 16596 19) 51)5 В 23 К 9/1 ЗС)Б ПИСАНИ ЕН СВИДЕТЕЛЬС АВТОРС. 2.Ю сится к области сваритной среде и может различных отраслях ние качес 0 (;Ь роцесса сварсной подачей- схема проой с импульсух газов, приульсами подсь с изменяюема процесса мпульсной поГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Патент США М 3484575, кл, 219 - 74,1972,Автс рское свидетельство СССРйг 1558604, кл. В 23 К 9/16, 1987.Патент ГДР М 147330, кл. В 23 К 9/16,1981.(54) СПОСОБ ИМПУЛЬСНОЙ ДУГОВОЙСВАРКИ В СРЕДЕ ЗАЩИТНЫХ ГАЗОВ(57) Использование: для сварки металлов вгазозащитной среде в различных отрасляхпромышленности при импульсной дуговойсварке в среде защитных газов, при котором Изобретение отноки металлов в газозащбыть использовано впромышленности.Цель изобретения - повцшва сварных швов,На фиг,1 показана схема ики импульсной дугой с импульгазов или их смесей; на фиг,2цесса сварки импульсной дугной поочередной подачей двкотором в период между импачи этих газов подают их смещимся составом; на фиг.3 - схсварки импульсной дугой с и дуга пульсирует с заданным соотношением импульса и паузы тока и напряжения, в процессе сварки производят импульсное изменение газовой среды в дуговом промежутке. ". Отношение частот основных и дополнительных импульсов выбирают не менее двух. Дополнительно в период между импульсами подачи двух различных чистых газов в качестве защитной среды используют смесь этих газов, а отношение компонентов смеси изменяют от 0 до 100 состава газа последующего импульса, при этом длительность импульса подаЧи смеси ограничивают длительностью периода изменения тока. Кроме того, при подаче смеси двух газов в импульсе состав смеси за время дополнительного импульса изменяют от 0 до 100)ь каждого газа и наоборот от 100 до 0 за время последующего дополнительного импульса з,п. ф-лц. 3 ил. 2 табл,дачей смесей газов с изменяющимся за ириод импульса подачи газа составом,Сущность способа состоит в следующем.Сварку выполняют импульсной дугой всреде защитных газов с использованием плавящегося или неплавящегося электрода В процессе сварки в зону дуги синхронно с импульсами тока и напряжения поочередно подают различные газы и их смеси или один газ или смесь одного состава .с различной скоростью, что обеспечйвает наложение на дугу дополнительных импульсов тока и напряжения, 1816596иональности, 5 Изменение газовой среды осуществляют с частотой, кратной частоте основныхимпульсов тока, но не менее, чем в 2 разаменьшей частоты импульсов тока.При изменении газовой среды поочередной подачей различных газов между импульсами подачи газов подают смесь этихгазов, а соотношение компонентов в смесиизменяют от 0 до 100 ф 6 содержания газа,подаваемого в каждом последующем импульсе. При этом длительность подачи смеси ограничивают периодом изменения тока.При изменении газовой среды поочередной подачей смесей двух газов содержа.ние каждого газа изменяют от 0 до 100 и 15наоборот за период последующего импульса.Эффект наложения на дугу дополнительных импульсов тока и напряжения изменением газовой среды основан на том, 20что столб дуги представляет собой участокдугового разряда, заполненный плазмой,При этом энергия, выделяемая в столбе дугипри сварке, определяется соотношениемплазмы, 25Основной характеристикой физического состояния плазмы является температура.Кроме температуры, к параметрам дуги также относятся: напряженность поля столба,средняя плотность тока и эффективный радиус сечения столба. Напряженность полястолба определяется составом материалаэлектрода и теплопроводностью газа в интервале температуры горения плазмы,Средняя плотность тока определяется током сварки и потенциалом ионизации газа,а эффективный радиус сечения столба зависит от диаметра электрода, энергетическихпараметров режима и также теплофизических свойств газа. 40При дуговой сварке в газозащитной среде конкретного изделия состав паровой фазы и энергетические параметры режимапостоянны и мало влияют на состав плазмыи ее температуру, В основном, температура 45плазмы будет зависеть- от физическихсвойств газов в дуговом промежутке. Из физических показателей газов наиболее существенными являются потенциал ионизациии теплопроводность, Для приближенных 50оценок средней температуры Тд в центрестолба дуги справедливо соотношение;т =А,Чгде А - коэффициент пропорц 5постоянная величина;Ч - потенциал ионизации газа в дуговом промежутке,эВ;А - коэффициент теплопроводности газав дуговом промежутке, Вт/м С.В таблице приведены численные значения Ч и А для инертных и активных защитных газов и их смесей,Физические свойства защитных газов и их смесейжение Таким образом, меняя состав газовой среды в дуговом промежутке, изменяют ее потенциал ионизации и коэффициент теплопроводности. При этом меняется температура плазмы и напряжение на дуге, пропорционально изменению напряжения будет изменяться и величина тока (фиг.1). Поэтому изменение газовой среды в дуговом промежутке вызывает дополнительные импульсы тока и напряжения, благодаря которым повышаются технологические преимущества импульсной дуговой сварки, в том числе повышается качество шва и улучшается его формирование, а при сварке плавящимся электродом улучшаются условия переноса электродного металла, снижается разбрызгивание. Для достижения указанных преимуществ дополнительные импульсы тока и напряжения должны быть синхронизированы с основными импульсами и кратны им по частоте.Экспериментально установлено, что за период подачи одного импульса газа (дополнительного низкочастотного импульса тока) отношение частот основных и дополнительных импульсов должно быть не менее 2. Это наглядно демонстрируется на фиг.1, В одном дополнительном низкочастотном импульсе тока за цикл Т 1 или Т 2 должно быть обеспечено не менее 2-х основных импульсов Тц = =тп+ тц, иначе технологические преимущества импульсной дуговой сварки снижаются из-за ограничения времени теплового и силового воздействия на основной и электродный металл,Чем больше пои и меньше теплопрово ды.в тенциал ионизаци дность газовой средуговом промежутке, тем выше температура плазмы, э, следовательно, выше проплавляющая способность дуги. Расчетным путемустановлено, что при изменении численного значения отношения УИ газовой среды в 5 дуговом промежутке на 20 средняя температура Тб в центре столба дуги увеличивается в 1,3 раза или уменьшается в 0,76 раза. Увеличение отношения повышает температуру, а уменьшение - снижает ее. Такое из менение Т влияет на размеры столба дуги, формирование и качество сварного шва. При изменении Ч 1/А меньше 200 существенных влияний на процесс горения дуги и формирования шва не наблюдали. Размеры 15 и конфигурация столба дуги, фиксированные скоростной киносъемкой, в этом случае не изменялись.Известно также, что чем меньше темпе. ратура плазмы, тем меньше эффективный 20 радиус сечения столба дуги и выше коэффициент сосредоточенности дуги, К, 1/см. Повысить значение К можно, интенсивно охлаждая и снижая плазму потоком газов или их смесей, подаваемых с большой ско ростью и расходом, С другой стороны, с увеличением скорости подачи защитных газов илг; х смесей увеличивается напряжение на дуге на 0,5 - 3 В, растет эффективная. мощность нэ 30 - 40% и повышается пло- ЗО щадь проплавления. Градиент падения напряжения в столбе дуги возрастает с 0,9-1,1 В/мм до 1,2-1,3 В/мм. Это объясняется интенсивным охлаждающим действием газа нэ плазму в связи с затратами тепла на 35 конвекцию. Повышение мощности и сосредоточенности дуги существенно увеличивает глубину проплавления. Форма проплавления имеет местное углубление. Экспериментально установлено, что макси мальнэя проплавляющая способность дуги обеспечивается при отношении длительностей импульсов подачи газов с разными скоростями, равными 0,5 - 1,5. При этом для положительного эффекта не имеет значе ние, какое соотношение скоростей газа принимается. При соотношении длительностей импульсов подачи газа с различными скоростями менее 0,5 и более 1,5 эффект изменения температуры плазмы незначителен и не 50 отражается не энергетических параметрах дуги. Это связано с определенной инерционностью процессов, происходящих в зонедуги под воздействием изменений газовой среды. 55Наложение на основные импульсы тока дополнительных низкочастотных импульсов за счет резкого изменения газовой среды в дуговом промежутке может снижать устойчивость горения дуги, блуждание катодного пятна увеличивается. Это, по-видимому, связано с резким изменением напряженности поля в дуге. Повыситьустойчивость горения дуги можно примене-нием между импульсами подачи двух раз- личных газов или их смеси с изменением соотношения компонентов от 0 до 100 состава газа последующего импульса. В этом случае изменение тока 12 и во времени происходит не скачкообразно, а плавно (фиг.2). Периоды Т 1 с и Т 2 тока 12 и выбирают равным циклу Тц, что позволяет компенсировать инерционность газовой системы и гарантирует положительный эффект при небольших длительностях импульса Т 1 и и Т 2 иПовысить устойчивость горения дуги при использовании смеси иэ двух газов можно, непрерывно меняя состав смеси за период Ть от 0 до 1007 ь каждого газа и, наоборот, за период Тгп (фиг.З). При этом, изменение тока 1 п во времени происходит за периоды Т 1 п и Т 2 п плавно по треугольному и синусоидальному закону. Колебания тока напряжения и длины дуги мало сказывается при синусоидальном горении дуги на энергетическую устойчивость процесса и стабильное проплавление основного металла и расплавление электродного металла. Особенно это эффективно при сварке плавящимся электродом. С плавным повышением тока и изменением состава газа температура и поверхностное натяжение электродного металла, а также электродинамическая сила также изменяются постепенно, Благо- . даря этому по мере увеличения тока уменьшается размер капель электродного металла, изменяется характер переноса металла от крупнокапельного к мелкокапельному, а затем к струйному,Примеры выполнения способа.П р и м е р 1, Выполняли сварку импульсной дугой образцов из стали ВНСтолщиной 1,0 мм. Сварка осуществлялась неплавящимся вольфрамовым электродом в среде аргона, а также в среде аргона, гелия и их смесей, которые подавали поочередно с помощью специально разработанного устройства. В качестве источника питания использовали ВСВУ. Ток сварки составлял 110-120 А, скорость - 12 м/ч, Другие режимы сварки и полученные результа-. ты представлены в таблице 1.Кроме того, при сварке на режимах по п.5 между импульсами подачи Аг и Не подавали их смесь в течение 0,55 с (си 1+ тпрр), и содержание в смеси аргона и гелия изменяли от 0 до 1000 . А при сварке на режимах по п.11 содержание аргона и гелия также изменяли от О до 1000 и наоборот за период последующего импульса. Это позволило по1816596 Таблица 11 Период иэмененил тока сварки, сОащитнап с Ренины подачи газа Результат л поочередной Расходачи, с л/мин сщери по Период порачи с различи,расходом,И 1 гпг иигизгпв0,2 0,2 Д 3 0,2 0,2 10 12 Трещины в щве и 2 О,24 0,2 0,4 Качес миров енное фоие 0,3 1 О . 10 4 0,25 0,3 Аг + Не Трещины в щве блущдание дуг 0,3 5 О,0 т+ Не нированиТрещины,3 0 6 0,15 0,27 0115 0,28 0,12 0,159 0,12 0,1510 0,12 0,15 г+(Аг 90 Х+Не 1 ОХ) 0,3 0 0 Аг+САг 802еце 202) Каче нное формированиеТрещины Аге(Ат 50 + Не 5 ОХ) 5 3 012 5 3 024 0,3 цест вани орми,12 О,(Аг 902+Не 1 ОХ)+а(Аг 5 ОХ + Не 502) 1 О. Трещины, блиие дуги да 4 О,11 Ое 12 0,15 Качественмое формирование высить стабильность горения дуги, что особенно важно при сварке малых толщин.П р и м е р 2. Выполняли импульсно-дуговую сварку плавящимся электродом образцов из алюминиевого сплава 1201 5 толщиной 50 мм. В качестве электрода использовалась проволока того же состава диаметром 2,0 мм. Сварка осуществлялась в среде гелия, аргона и их смесей от источника ВДУс импульсным регулятором тока. 10 Ток сварки составлял 80-90 А, скорость сварки 15 м/ч. Остальные режимы сварки приведены в таблице 2.При сварке на режимах по п.5 между импульсами подачи аргона и гелия подавали .15 их смесь о течение 0,03 с ти 1+ тп 1), а содержание аргона и гелия в смеси изменяли от 0 до 100),. А при сварке на режимах по п,13 содержание гелия и аргона также изменяли от 0 до 1000 и наоборот, за период после ду)ощего импульса.Это позволило повысить стабильность горения дуги и увеличить проплавляющую способность дуги,25 Формула изобретения 1, Способ импульсной дуговой сварки всреде защитных газов, при котором задают соотношение импульсов и паузы тока и напряжения, а газовую среду подают импульсами,отл ич а ю щи йся тем,что,с цельюповышения качества сварных швов, в процессе сварки импульсное изменение газовой среды в дуговом промежуткепроизводят с частотой, кратной частоте основных импульсов, а отношение частот основных импульсов и импульсов подачи газавыбирают не менее двух,2, Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения устойчивостигорения дуги, при импульсной подаче двухразличных газов в период между импульсами подачи газов в качестве защитной средыиспользуют смесь этих газов, а соотноше-ние компонентов смеси изменяют от 0 до100% состава газа последующего импульса,при этом длительность подачи импульсасмеси ограничивают длительностью цикласварки,3, Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения устойчивостигорения дуги, при подаче смеси газов в импульсе за период импульса подачи газа состав смеси плавно изменяют от 0 до 100;О,КаКдОГО Гааа ИЛИ От 1000/О дО 0 За ПЕрИОдпоследующего импульса подачи газа.10 1816596 Таблице 2 аты Нериор изменен тока сеаркнр с тнам гяэа Период оолач ряярмцм,рэсх холин сиз гоз 1 0,03 0,03 и 0,03 20 20 О,Кацестве ннрованм С,С 3 15 0,015 0,015 Новывеммое рбрыэтиеанне 4 0,015.Козориз аказ 1698 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 0,03 0,06 Составитель О. НовиковТехред М,Моргентал Корре Разбрызгмваннраамомерное Фрование, чернынемет КацественрованиеРазбрыэги Кацественнорованне Неравномерноемированне, рагивание